科学家开发出了一种寻找量子点的新技术。对量子点每次施加能量应该只产生一个光子——即光的最小构成部分，这种特性可以应用于各种量子技术领域，比如安全通信。然而，发现量子点却很难。  
一个国际科学家小组开发出了一种寻找量子点的新技术。该小组包括南安普顿大学的Luca Sapienza博士。

对量子点每次施加能量应该只产生一个光子——即光的最小构成部分，这种特性可以应用于各种量子技术领域，比如安全通信。然而，发现量子点却很难。

量子点随机出现，为了使这些量子点真正有用，需要将其固定在与其他光子结构具有精确关系的位置上，光栅、谐振器或波导可以控制量子点产生的光子。然而，发现这些约为10纳米的量子点却是不小的挑战。

现在，美国国家标准与技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）联合英国南安普顿大学和美国罗切斯特大学（universities of Rochester），开发出了一种简单的定位量子点，并利用量子点来创建高性能单光子源的新技术。

这项新进展发表于《自然·通讯》（Nature Communication）期刊上，有望利用量子点来更加高效的制造高性能光子器件。这种器件通常采用标准纳米制备技术，如电子束光刻和半导体刻蚀，制成有序阵列。然而，由于量子点的随机排列，只有很少的一部分能在器件的最佳位置排列成线。因而，整个过程产生的有效器件很少。

“第一步是为高性能量子点器件提供精确的定位信息。”NIST物理学家Kartik Srinivasan 说，“迄今为止，统计了通常的方法——制造了很多设备，但最终只有很少一部分能有效运行——但首先都是采用摄像技术为基础的成像技术，而不是寻找量子点的位置，接着利用这些信息在合适的地方建立优化的光控制器件。”

南安普顿大学量子光及物质课题组的Luca Sapienza博士认为，“这项新技术采用了减少红眼相机闪光扭曲的本质，其中第一次闪光造成主题瞳孔缩小，第二次闪光照明场景。”

在他们的设置中，采用两个LEDs代替氙灯闪光，其中一个LED闪光时触发量子点（可以说LED使量子点红眼）。同时，第二个不同颜色的LED闪光照射嵌入量子点的半导体晶片表面标记的金属方向。接着感光相机拍摄一个100微米*100微米的图像。

通过交叉比对量子点的方向标记，研究人员可以确定那些原本不确定的小于30纳米的量子点的位置。相应的，接着科学家们可以将电脑控制的电子书光刻工具放置在量子点的合适位置，从而制出更多有用的器件。

采用这种技术，研究人员展示了基于光栅的单光子源，能够收集量子点发射光子的50%，这也是这种类型结构的理论极限。

他们还展示了发出超过99%的单色光。纯度如此之高是因为该定位技术有助于研究人员快速测量晶片（一次10000平方微米）找出量子点密度特别低的区域（每1000平方微米只有1个）。这使得每个光栅器件只含有一个量子点的可能性更高。

这项研究部分在NIST纳米科学与技术中心（Center for Nanoscale Science and Technology，CNST）进行，这是一个为工业界、学术界和政府开放的国家用户设施。


来源：新材料在线